- phan thị cẩm trang Nghiên cứu Công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo b-ớc sóng WDM và những ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến lên hệ thống Luận văn thạc sĩ Điện tử Viễn thông Hà Nội - 2004 Bộ giáo dục và đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội. - 1 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang. - 1 1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin quang. - 1 1.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang. - 25 1.3.3 Kỹ thuật ghép kênh quang theo b-ớc sóng WDM. - Ghép kênh quang theo b-ớc sóng. - 31 2.2 Hệ thống truyền dẫn WDM. - 32 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống WDM. - 32 2.2.2 Nguyên lý ghép kênh quang theo b-ớc sóng. - 2.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống WDM. - 2.3.8 Bộ định tuyến b-ớc sóng. - 61 2.4.1 Khoảng cách kênh b-ớc sóng với vấn đề xuyên âm. - 61 2.4.1.1 Khoảng cách kênh b-ớc sóng. - Các hiệu ứng phi tuyếntrong hệ thống WDM. - Thành phần đầu tiên quyết định sự ra đời của hệ thống thông tin quang là sợi quang. - Cho đến năm 1980, các hệ thống thông tin trên sợi dẫn quang đã đ-ợc phổ biến khá rộng với vùng b-ớc sóng làm việc 1300 nm. - Một hệ thống thông tin quang bao gồm : phần phát quang, phần truyền dẫn quang- sợi quang và phần thu quang. - Bình th-ờng hệ thống ở trạng thái nền. - 1.2.2 Sợi dẫn quang Sợi quang là một môi tr-ờng truyền dẫn đóng vai trò chủ đạo trong hệ thống thông tin quang. - 0,35 ở vùng b-ớc sóng 1550 nm Hệ số tán sắc (ps/nm.km) 0,1 Dmin . - Giá trị tán sắc bằng không của sợi này nằm tại b-ớc sóng 1310 nm. - Bộ tách quang (Photo detector) có vai trò quan trọng trong hệ thống thông tin quang. - Các tín hiệu có b-ớc sóng khác nhau sẽ đ-ợc ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh theo b-ớc sóng. - Đối với hệ thống thông tin quang có thể sử dụng một trong các ph-ơng pháp ghép kênh quang : OTDM, OFDM, WDM. - Với kỹ thuật 30 ghép kênh theo b-ớc sóng WDM, ta có thể nâng cao dung l-ợng thông tin của hệ thống mà không cần phải tăng thêm số sợi cáp quang và có thể sử dụng một số thiết bị đã có của mạng truyền dẫn quang. - Công nghệ ghép kênh quang theo b-ớc sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) là ph-ơng pháp truyền dẫn đồng thời nhiều b-ớc sóng tín hiệu quang trên một sợi dẫn quang. - Các bộ phát quang - Các bộ khuếch đại quang - Các bộ ghép/ tách b-ớc sóng (Multiplexers / DeMultiplexers. - Phía phát các tín hiệu có b-ớc sóng khác nhau đ-ợc ghép lại nhờ bộ ghép kênh. - Để thiết lập một hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép b-ớc sóng quang chúng ta có hai ph-ơng án. - Vì các tín hiệu đ-ợc mang thông qua các b-ớc sóng khác nhau do đó sẽ không lẫn lộn. - ở hệ thống WDM theo hai h-ớng thì kênh quang trên mỗi sợi quang cùng truyền dẫn theo hai chiều khác nhau, dùng các b-ớc sóng tách rời nhau để thông tin hai chiều. - Ký hiệu Oi(i) là tín hiệu 35 có b-ớc sóng i đã đ-ợc giải ghép và đi ra cửa thứ i. - Li : là suy hao tại b-ớc sóng i khi thiết bị đ-ợc ghép xen vào tuyến truyền dẫn. - Là công suất phân bố tín hiệu quang của b-ớc sóng i tại đầu ra bộ ghép - I (i. - công suất đầu vào của tín hiệu quang có b-ớc sóng i tại đầu vào bộ ghép. - Công suất quang đầu vào cổng thứ i của b-ớc sóng i. - Tính phi tuyến trong sợi ở mức công suất cao đối với hệ thống cáp đơn mode có thể gây xuyên kênh. - Cách tử có khả năng nhiễu xạ theo các h-ớng khác nhau phụ thuộc vào b-ớc sóng. - Ưu điểm của cách tử là tán xạ đồng thời nhiều b-ớc sóng. - Phạm vi điều chỉnh b-ớc sóng (số l-ợng tối đa b-ớc sóng có thể điều chỉnh đ-ợc. - b-ớc sóng cộng h-ởng. - FWHMFSRFFinese Bộ lọc cách tử Loại bộ lọc này ứng dụng các hiệu ứng tán xạ qua các cách tử để chọn lọc b-ớc sóng. - Sự điều chỉnh có thể thực hiện bằng cách thay đổi b-ớc sóng tại điểm khuếch đại cực đại. - Laser bơm phải có khả năng thay đổi đ-ợc b-ớc sóng. - Tín hiệu nhiều b-ớc sóng từ đầu vào và chia đều cho các đầu ra. - Khu vực cách tử (Grating Region) đ-ợc chế tạo song song với ống dẫn sóng với các b-ớc sóng khác nhau. - Nó bao gồm mạch N cổng vào, mỗi cổng thu một tín hiệu WDM chứa M b-ớc sóng. - Các bộ SLA th-ờng dùng trong các ứng dụng chuyển mạch, bộ chuyển đổi b-ớc sóng. - Tuy nhiên nó ít đ-ợc sử dụng trong hệ thống WDM do xuyên âm giữa các kênh lớn. - Độ rộng băng khuếch đại sẽ hạn chế số l-ợng b-ớc sóng trong hệ thống khi biết khoảng cách ghép giữa các b-ớc sóng. - Trong các hệ thống thông tin quang, các bộ EDFA th-ờng đ-ợc ứng dụng d-ới dạng module. - Băng tần của sợi quang • Khả năng tách - ghép của các thiết bị WDM ❖ Khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng Những yếu tố ảnh h-ởng đến khoảng cách này bao gồm. - là khoảng cách giữa các b-ớc sóng thì t-ơng ứng ta sẽ có : 2ocf. - (2.10) 63 Nh- vậy, tại b-ớc sóng 1550 nm, với. - Có thể sử dụng các bộ chuyển đổi b-ớc sóng trong các tr-ờng hợp cần thiết nh- khi không có sự t-ơng thích về b-ớc sóng. - Trong đó mỗi tần số sẽ ứng với một b-ớc sóng fc. - Về bản chất, việc ghép các b-ớc sóng khác nhau trên cùng một sợi quang là dựa trên nguyên tắc ghép kênh theo tần số. - Tuy nhiên, trong thực tế các hệ thống WDM th-ờng đi liền với các bộ khuếch đại quang sợi và làm việc chỉ ở cửa sổ b-ớc sóng 1550 nm. - Một cách lý t-ởng, có thể xem hệ thống WDM nh- là sự xếp chồng của các hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng đủ lớn và công suất phát hợp lý. - 2.4.1.3 Vấn đề xuyên âm Một trong những yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng của hệ thống WDM là xuyên âm giữa các kênh b-ớc sóng. - Tuy nhiên, sử dụng công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng WDM đã giảm đựơc ảnh h-ởng của tán sắc. - 2.4.2.2 ảnh h-ởng của PMD lên quĩ công suất của hệ thống truyền dẫn Hai ảnh h-ởng chính của tán sắc mode phân cực là. - Các hiệu ứng này và ảnh h-ởng tiêu cực của nó tới hệ thống ghép kênh quang theo b-ớc sóng WDM sẽ đ-ợc trình bày chi tiết trong ch-ơng 3 của đồ án. - cũng nh- giới thiệu về các ảnh h-ởng của suy hao, tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống. - ở ch-ơng 3 và ch-ơng 4 sẽ đi sâu vào xét các hiệu ứng phi tuyến ảnh h-ởng đến hệ thống đặc biệt hiệu ứng trộn 4 b-ớc sóng FWM. - 70 Ch-ơng 3 Các hiệu ứng phi tuyếntrong hệ thống WDM 3.1 Giới thiệu chung Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang ghép b-ớc sóng WDM là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hạn chế tốc độ và cự ly của hệ thống. - Tuy nhiên, về khía cạnh khác các hiệu ứng này cũng rất quan trọng trong công nghệ chuyển đổi b-ớc sóng và khuyếch đại tín hiệu trong hệ thống thông tin quang. - Trong tr-ờng hợp công suất quang lan truyền trong sợi quang t-ơng đối nhỏ nghĩa là số l-ợng b-ớc sóng ghép trong sợi quang bé thì ảnh h-ởng của hệ số suy hao và chỉ số chiết suất trong hệ thống là thấp và có thể bỏ qua. - Đây cũng là nguyên nhân chính dẫn đến hạn chế tốc độ, dung l-ợng và cự ly của các hệ thống ghép kênh quang ghép b-ớc sóng WDM. - Trong ch-ơng này chúng ta sẽ lần l-ợt xem xét các hiệu ứng phi tuyến trong quang sợi khi ghép kênh đa b-ớc sóng. - 0,22 dB/km tại b-ớc sóng 1,55 m và đối với những đ-ờng truyền L>>1. - Trong các hiệu ứng tán xạ, năng l-ợng truyền từ b-ớc sóng này sang b-ớc sóng dài hơn (năng l-ợng thấp hơn). - B-ớc sóng thứ hai gọi là b-ớc sóng Stoke. - Tín hiệu có thể coi là b-ớc sóng bơm và tạo ra khuyếch đại tại b-ớc sóng Stoke (b-ớc sóng đ-ợc truyền năng l-ợng). - Đ-ờng truyền càng dài thì phần năng l-ợng càng lớn truyền từ tín hiệu sang b-ớc sóng Stoke. - Trong các hệ thống khuyếch đại, công suất ng-ỡng giảm do tăng độ dài hiệu dụng. - Điều này làm cho các hệ thống sử dụng khuyếch đại nhạy cảm hơn đối với các hiệu ứng phi tuyến. - Giá trị này đ-ợc tham khảo để thiết kế hệ thống thông tin quang nhằm giảm hiệu ứng SBS. - Giả thiết hệ thống gồm N b-ớc sóng quang với khoảng cách đều s và các kênh đều nằm trong băng khuyếch đại Raman. - Băng thông của hệ thống là B = (N-1)s ≤ c. - Tuy nhiên điều này sẽ làm tăng hiệu ứng trộn 4 b-ớc sóng. - Do đó SPM xảy ra mạnh hơn trong hệ thống sử dụng công suất phát cao. - Trong thực tế, hiệu ứng XPM trong các hệ thống sử dụng cáp quang sợi đơn mode thông th-ờng SMF có thể giảm đ-ợc bằng cách tăng khoảng cách kênh giữa các b-ớc sóng. - 83 T-ơng tác này có thể xuất hiện giữa các b-ớc sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM. - Do việc tạo ra các tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. - Vì các hệ thống WDM chủ yếu làm việc ở cửa sổ b-ớc sóng 1550 nm và do tán sắc của sợi quang đơn mode thông th-ờng (sợi G.652) là 0. - Đây là hiệu ứng phi tuyến có tác hại lớn nhất đối với hệ thống WDM. - Để bù lại suy hao trong sợi quang, hiện tại đối với các hệ thống làm việc ở b-ớc sóng 1550 nm ng-ời ta sử dụng khuếch đại quang EDFA. - Trong hệ thống WDM, hiệu ứng FWM có ý nghĩa quan trọng hơn cả. - Sử dụng cáp NZ-DSF là giải pháp hữu hiệu cho việc hạn chế hiệu ứng trộn 4 b-ớc sóng FWM. - Bên cạnh những ảnh h-ởng bất lợi, các hiệu ứng SRS và SBS có thể ứng dụng các mặt tích cực trong thiết kế hệ thống thông tin quang do đặc tính khuyếch đại của chúng thông qua cơ chế chuyển giao năng l-ợng cho b-ớc sóng mang tín hiệu. - Với công suất phát quang 86 của tín hiệu vào trong hệ thống WDM th-ờng nhỏ hơn 1mW, ảnh h-ởng của hiệu ứng này có thể bỏ qua. - Hiệu ứng FWM là hiệu ứng phi tuyến quan trọng nhất trong hệ thống ghép nhiều b-ớc sóng. - Trong tr-ờng hợp khoảng cách giữa các b-ớc sóng là một giá trị không thay đổi (kỹ thuật này sử dụng hầu hết trong các hệ thống WDM hiện nay tuân theo khuyến nghị G692 của ITU) hiệu ứng FWM xảy ra rất mạnh. - Giá trị này là một tham số quan trọng trong thiết kế hệ thống WDM. - Trong hệ thống đa kênh (N kênh), hiệu ứng này tạo ra N2(N-1)/2 tín hiệu xuyên nhiễu t-ơng ứng với i, j, k (thay đổi từ 1 cho đến N), [11] Trong tr-ờng hợp có hai b-ớc sóng cùng vào sợi cáp (i=j, j k) tại đầu ra xuất hiện thêm hai thành phần mới (2fi-fk), (2fk - fi) nằm ở 2 phía của tín hiệu vào. - (4.26) trong đó r là hằng số truyền dẫn tại b-ớc sóng r (r = i, j, k) Hiệu suất trộn ijk đạt giá trị cực đại là 1 nếu điều kiện đồng pha đ-ợc thoả mãn (=0). - xảy ra xung quanh b-ớc sóng tán sắc bằng không (fo). - Việc tìm hiểu về hệ thống này đã giúp tôi có những kiến thức cần thiết về nguyên lý cũng nh- các thành phần cơ bản trong một tuyến thông tin quang sử dụng công nghệ ghép kênh theo b-ớc sóng. - Hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang”- Nhà xuất bản B-u Điện
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt